Буровое шарошечное долото

 

Союз Советских

Социалистических республик

»» 1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Допол»ительиое к авт, свид-ву (22) Заявлено 28.02.80 (21) 2888268/22-03 с присоелинением заявки рй (51}M. Кл.

Е 21 В 10/18

Государственный комитет (23) Приоритет

Опубликовано 2З 12.81. Бюллетень 1>1е 47

Дата опубликования описания 25. 12.81 во делам изобретений и аткрытий (53) УЙК 622.24, .05 1.55 (088.8) А. Илык, Н. А. Жидовцев, И. К. Бикбулатов, Г. И. Мат

У, H. Якимчук, А, В. Васильев, Э. С. Гинэ гр р

B. Н. Матвиевский и И. П. Мокр о, (72) Авторы изобретения

Московский ордена Трудового Красного Зн ни институт нефтехимической и газовой промышленности им. И,;М. Губкина

Министерства высшего и среднего специального-ебраэования ССССО- I

-- — ----/ (71) Заявитель (54) БУРОИОЕ ШАРОШЕЧНОЕ ДОЛОТО

Изобретение относится к бурению скважин и предназначено для совершенствования промывочных устройств долот с центральной промывкой.

Известно долото, .в центральном от верстии которого установлена насадка 31 j.

В этик долотах осушествляется необходимый перепад давления в насадке, однако одна струя, истекаюшая из центральной насадки, не оказывает гидродинамического воздействия HB всю плошадь забоя, а ударяет лишь в его центр, который, к тому же, частично перекрыт вершинами шарошек. На остальной >Ке части забоя при работе долота осушествляют лишь поперечные потоки, направленные из центра к периферии забоя, которые могут . лишь отводить к периферии предваритель» но отделенный шлам, Наиболее близким к изобретению является цолото с центральной промывкой, содержашее установленную в центральном отверстии долота насадку с конусным внутренним гидравлическим каналом в стенке которой выполнены продольные шелевипные прорези, число которых равно числу шарошек.

В этом долоте, кроме центральной струи, ударяюшей в центр забоя, сушествуют еше. потоки жидкости, действуюшие о на породу забоя L23

Недостатком известного устройства является то, что количество промывочной жидкости, истекаюшее из центрального отверстия, не согласуется с количеством жидкости, направленной из боковых шелевидных прорезей между шарошек на за» бой скважины.

Между тем, как показывают исследова» ния, положительное действие струй, истекаюших из шелевидных прорезей возникает

>не при любом соотношении>плошадей сечения центрального и про1тольнь>х отверстий, а при строго определенных.

Кроме того, форма верхних крок»к пг .дольных прорезей и практически отсутст>» " формируюшего участка струи не обе=п> ч>вает действие последней на o»peae»e»»»,N

89 1883 ф

;гC» — " =1,1-, . г и,.î участок забоя, а зачастую, струя, ударяясь в стенки забоя и отражаясь от нее, устремляется низ по стенке, задерживая восходящий с забоя поток со шламом, снижая эффективность бурения.

Целью изобретения является устранение укаэанных недостатков, т.е. повышение надежности работы долота путем исключения воздействия струи на опары долота и стенки скважиньь е

Указанная цель достигается тем, что кромки продольных прорезей образуют с осью долота острый угол, лучи кото- рого направлены в сторону выходного отверстия канала, при этом суммарная )S цющадь продольных npopeeeN 2F пои

Плошадь центрального выходного отверстия гидравлического канала находится в соотношении =1,1-1,3.

Кроме того, угол наклона верхней кромки каждой продольной прорези к оси . долот определяется из соотношения

cL =сй c leg (0>6+0,9) Я-с гдето= (1)- номинальный диаметр доло- 2$

I} та, мм). радиус расположения точки

А верхней кромки. прорези, раоположенной на наружной поверхности насадки, мм Зй - расстояние от плоскости, проходящей через нижние точки шарошек до точки А верхней кромки прорези, расположеьной на йаружной,по верхностн насадки, мм.

На фиг. 1 изображено долото, общий вид, на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1 " на фиг., - вид по стрелке Б на фиг . 1 на фнг. 4 - 8 - результаты стендовых испытаний известных и предлагаемого долот.

Долото содержит установленную в центральном промывочном отверстии 1 насад ку 2 с конусным внутренним гидравличес- ким каналом 3. В стенке насадки выполнены продольные прорези 4, число которых равно числу шарошек. При этом доакно соблюдаться условие, что длина верхней части кромки щели доакна быть не менее, чэм вдвое больше ширины прорези. В этом сЛучае формируется струя жидкости, направление которой параллельно верхней кромке прорези. *

При этом имеется,в виду площадь прсг. рези"в свету", т.е. площадь струи, исходящей иэ прорези. В данном. случае это пло)щадь прорези на наружной поверхности насадкй

Кроме того, угол с верхней кромки 6 каждойпродольной прорези 4 к оси долота определяется из соотношения гааге (Ц

Ь

Угол наклона верхней кромки 6 каждой продольной прорези определяется из прямоугольного треугольника АВС, где вершина А лежит на верхней кромке продольной прорези щ наружной поверхности насадки и лежит на расстоянии г от оси долота, вершина В на забое скважины, т.е. на плоскости, проходящей через нижние точки шарошек; вершина С - на забое и отделена от оси долота на расстояние (0,8 0,9)R, гдето, при этом О - номинальный диаметр долота, При проектировании долота вначале из указанного выше соотношения плошадей определяется длина- и ширина щелей. При этом автоматически определяется положение точки А на насадке. Иэ конструктивных соображений насадка устанавливается в долоте и после этого точка А занимает вполне определенное местопо— ложение относительно элементов долотa, так как размеры Q и r, После этого согласно приведенной выше формуле определяется угол с(.

При этом насадка устанавливается возможно ниже, т.е. необходимо наибольшее приближение насадки к забою. Однако насадку невозможно приблизить к самому забою из-за того, что шарошки занимают среднюю часть забоя. Струи же, исходящие иэ боковых щелевпдных насадок прорезей, не встречают на своем пути препятствий и свободно доходят до забоя.

При работе долота промывочная жид,кость через конусный гидравлический канал 3 и продольные прорези 4 оказыва,ет динамическое воздействие на породу забоя практически по всей плошади послед него, кроме того, создаются потоки на забое, не ослабевающие or центра до пери ферии забоя.

Суммарная п.ющадь продольных проре- М эей 4ЕРпр и площадь центрального вико ного отверстия 7 гидравлического канала

3: находится в соотношении

Особо следует отметить следующее. При бурении в мягкйх и вязких породах эффективностВ-бурения определяется са льни кообразованием на шарошках и внутри до891883 4

3S лота. В этом случае щелевидные прорези слепует направлять не в проемы, а на шарошки, струи из прорезей будут омывать вооружение, исключая сальникообразование.

Исследования, на основе которых выбра но соотношение суммарной плошади продольных прорезей к плошади центрального огверстия, показывают, что именно при таком соотношении достигается наиболее рациональное действие струй, как с точки зрения динамического действия на забой, так и транспортирования отбуренного шлама к периферии забоя и дальнейшего подьема последнего с забоя.

На графиках изложены результаты стендовых испытаний долот с центра ной промывкой, представленные в.виде качественных зависимостей, характери зуюших распределение динамического давления (вертикальной составляюшей) на поверхность забоя и скорости потока по забою. На графиках абсцисса представляет радиус Ъабоя от его центра (точка 0) go его периферии (точка 4/ ) по проему между двумя сосе жими шарошками. На графике скорости стрелкой пока вано направление течения жидкости по забою.

На фиг. 4 представлен график распре деления динамического давления скоростного потока для известных долот, в кото- рых установлена центральная насадка без прорезей. Струя оказывает динамическое давление на забой в. основном в центре скважин, с удалением от центра указанное действие снижается. Скорость потока с удалением от центра также снижается.

На фиг. 5 - 7 представлены аналогич ные графики для предлагаемого долота с центральной насадкой, имеющей продольные прорези, причем графики изображают з 6 3нсимос ти для оптимального с 00 тнош ення (фиг. 5) и зависимости, где указанное соотношение больше (фиг. 6) и и.о меньше (фиг. 7) оптимального.

Из приведенных графиков видно, что с

Ъ меньшением или увеличением соотношения снижается динамическое давление на забой и уменьшается скорость попереч ц.о ных потоков вдоль радиуса от центра к периферии.

Обьясняется это преобладающим дей ствием либо струи из центральной насад ки под действием струи из продольной прорези, либо наоборот, Как в том, так и в другом случае не соблюдается равновесие действия струй, а наблюдается отрицательное взаимодействие струй взаимно гасящих друг друга, На фиг. 8 приведен график показывающий, как изменяется скорость движения поперечных потоков, в зависимости от наклона верхней кромки прорези. B том,.

S случае, если наклон верхней кромки прорези обеспечивает действие струи на 0,80,9 диаметра скважины (график фиг. 8ct) скорость практически одинакова по всерадиусу, если же струя ударяет в угол скважины, либо в стенку над забоем, то образуется встречный поток, гасящий. скорость поперечного потока, направленного от центра к периферии. (.фиг. 86 ).

Таким образом, при указанных соотношениях плошадей продольных прорезей и центрального выходного отверстия и угла наклона верхней кромки прорези обеспечивают наиболее оптимальнь1е па раметры, как динамического действия струй на забой, так и образование поперечных потоков, обеспечивающих улучшенную очистку забоя от обуренного шла, ма> что в свбю очеред обеспечит значительное увеличение эффективности бурения.

При этом следует отметить что предлагаемое оптимальное соотношение amщадей каналов и угол исполнения верхней кромки прорезей справедливо практически для. любого размере бурового долота, Формула изобретения

1, Буровое шарошечное долото, содержащее установленные на опорах шарошки и расположенную в центральном отверстии долота насадку с конусным внутренним гидравлическим каналом, в стенке которо И выполнены продольные прорези, число которых равно числу шарошек, о т л и -. чающеес я тем,что, сцельюповышения надежности работы долота путем исключения воздействия струй на опору и стенки скважины,, верхние кромки проре зей насадки образуют с осью долота острый угол, лучи которого направлены в сторону выходного отверстия канала, причем

Зй суммарная плошадь продольных прорезей и плошадь центрап»ного выходного отвер стия гидравлического канала связаны соотношением

=1, 1-1,3

ui О

2. Долотопо пi, от лич аюиeе с я тем, что, угол наклона верхней кромки каждой продольной прорези к оси долота определяется из соотношения

89 1883 где 1 - (Ь вЂ” номинальный диаметр долоР

5 та); (- радиус расположения точки

А верхней кромки прорези, расположенной на наружной поверхности насадки, мм

- расстояние от плоскости, проходяшей через нижние точки шарошек до точки А верхней кромки прорези, расположенной на наружной поверхности насадки, мм.

Ис точники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Корнеев К. Е. и Палий П. A.

"Буровые долота . Справочник, М., "Недра", 1965, с. 172, рис. 137.

2. Авторское свидетельство СССР № 370333, кл. Е 21 В 9/10, 1969 (прототип) .

89 1883

«/г

"ск

«/г

"/г (KFy

«/г

Фиг.8

ВНИИПИ Заказ 11170/44 Тираж 630 Подписное.

Филиал ППП "Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

f,1-1.З

r

ФиаХ

Я ñõ

Е др

Фиг. 7